DE112011103795B4 - Wärmeabführungsfilm sowie Batterieanordnung, Batteriemodul und Außengehäuse mit Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen - Google Patents

Wärmeabführungsfilm sowie Batterieanordnung, Batteriemodul und Außengehäuse mit Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen Download PDF

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Abstract

Wärmeabführungsfilm, der aufweist: erste und zweite Wärmeabführungsschichten (410, 470), die aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet sind und Wärme von Batterieeinheiten (210) abgeben; eine Klebstoffschicht (460), die zwischen den ersten und zweiten Wärmeabführungsschichten (410, 470) ausgebildet ist, um die ersten und zweiten Wärmeabführungsschichten (410, 470) aneinander zu befestigen; und einen Wärmeabstrahlungsfilm (420, 430, 440, 450), der zwischen der ersten Wärmeabführungsschicht (410) und der Klebstoffschicht (460) ausgebildet ist, wobei der Wärmeabstrahlungsfilm umfasst: eine Grundschicht (450), auf die eine Elektrodenschicht (430) und ein Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper (440) gedruckt sind; und eine zwischen der Elektrodenschicht (430) der Grundschicht (450) und der ersten Wärmeabführungsschicht (410) ausgebildete Isolierschicht (420), um die Grundschicht (450) an der ersten Wärmeabführungsschicht (410) zu befestigen, während die Elektrodenschicht (430) und die erste Wärmeabführungsschicht (410) gegeneinander isoliert werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen einen Wärmeabführungsfilm sowie eine damit versehene Batterieanordnung, ein Batteriemodul und ein Außengehäuse, um diese mit Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen zu versehen.
  • Hintergrundtechnik
  • In vorhandenen Hybridfahrzeugen ist eine Hitzdrahtheizung oder eine Heizung auf Basis einer Keramik mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) getrennt montiert, um über einen Ventilator heiße Luft zuzuführen, die von der Heizung nach Bedarf geheizt wird, wodurch der Batteriewirkungsgrad verbessert wird.
  • Vorhandene Heizungen haben einen Anfangseinschaltstrom, der zu wenigstens zweimal so viel Stromverbrauch führt wie die Heizungen benötigen, und sind derart aufgebaut, dass sie erwärmte Luft zuführen, wodurch aufgrund der Wärmeerzeugung und des hohen anfänglichen Stromverbrauchs in einer Anfangsbetriebsphase eine erhebliche Verringerung der Ladekapazität einer Batterie bewirkt wird. Ferner beeinflusst die Lademenge der Batterie in reinen Elektrofahrzeugen direkt den Betriebswirkungsgrad, so dass vorhandene Heizungen für derartige Elektrofahrzeuge nicht geeignet sind.
  • Die US 2009/0272935 A1 betrifft eine Kohlenstoff-Nanostruktur, die aus einer Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren besteht, die in einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet sind und eine Dichte von 0,2 bis 1,5 g/cm3 aufweisen.
  • Folglich besteht das Erfordernis, eine Batterieanordnung bereitzustellen, in der eine Heizung unter Verwendung eines planaren Heizkörpers, der mit Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs) beschichtet ist, realisiert ist, so dass die Heizung durch direkte Wärmeleitung gleichmäßiger und schneller geheizt werden kann, wodurch der Anfangsbetriebswirkungsgrad der Batterieanordnung verbessert wird.
  • Technisches Problem
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterieanordnung mit Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen bereitzustellen, wobei ein Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm einschließlich eines Kohlenstoff-Nanoröhrenkörpers (metalldotierte Kohlenstoff-Nanoröhren) auf ein Batteriemodul und/oder ein Außengehäuse beschichtet ist und elektrische und wärmeleitende Charakteristiken der beschichteten Kohlenstoff-Nanoröhren maximiert sind, wodurch gleichzeitig sowohl die Wärmeabführungs- als auch die Wärmeabstrahlungsfunktion bereitgestellt werden.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterieanordnung mit Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen bereitzustellen, die fähig ist, den Batteriewirkungsgrad eines Fahrzeugs, der aufgrund der Außentemperatur im Anfangsbetrieb des Fahrzeugs im Winter verringert ist, zu erhöhen, und fähig ist, während des Betriebs des Fahrzeugs Wärme schnell von der Batterie zu entfernen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Batterieanordnung bereitzustellen, welche die Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen hat, welche die Heiztemperatur eines Batteriemoduls und/oder eines Außengehäuses unter Verwendung eines Temperatursensors und einer Steuerung zum Aufrechterhalten der Batterietemperatur unter einer optimalen Bedingung (0–30°C) halten kann, wodurch ein Feuer aufgrund einer Batterieüberhitzung verhindert wird.
  • Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben.
  • Technische Lösung
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Wärmeabführungsfilm: erste und zweite Wärmeabführungsschichten, die aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet sind und Wärme von Batterieeinheiten abgeben; und eine Klebstoffschicht, die zwischen den ersten und zweiten Wärmeabführungsschichten ausgebildet ist, um die ersten und zweiten Wärmeabführungsschichten aneinander zu befestigen.
  • Der Wärmeabführungsfilm umfasst ferner einen Wärmeabstrahlungsfilm, der zwischen der ersten Wärmeabführungsschicht und der Klebstoffschicht ausgebildet ist.
  • Der Wärmeabstrahlungsfilm umfasst: eine Grundschicht, auf die eine Elektrodenschicht und ein Kohlenstoff-Nanoröhren-(CNT-)Heizungskörper gedruckt sind; und eine zwischen der Elektrodenschicht der Grundschicht und der ersten Wärmeabführungsschicht ausgebildete Isolierschicht, um die Grundschicht an der Wärmeabführungsschicht zu befestigen, während die Elektrodenschicht und die erste Wärmeabführungsschicht gegeneinander isoliert werden.
  • Der Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper kann durch Dotieren von wenigstens einem Metall, das aus Ag, Cu, Ni, Au, Pt und Pd ausgewählt wird, auf Oberflächen der Kohlenstoff-Nanoröhren ausgebildet werden.
  • Die Isolierschicht kann ein doppelseitiger Klebstofffilm sein, der aus einem Klebstoff ausgebildet ist, der aus Akrylklebstoffen, Heißklebern, Silikonklebstoffen und Gummiklebstoffen ausgewählt ist.
  • Die Elektrodenschicht der Grundschicht kann sowohl mit einer Anode als auch einer Kathode jeder der Batterieeinheiten elektrisch verbunden sein, um eine Wärmeabstrahlungsfunktion an den Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper bereitzustellen.
  • Die Grundschicht kann aus wenigstens einem Material ausgebildet sein, das ausgewählt wird aus: biaxial orientiertem Polyester (BOPET), Polyethylenterephthalat (PET), orientiertem Polystyren (OPS), orientiertem Polypropylen (OPP), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethersulfon (PES), Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (PI) und Polyetherimid (PEI).
  • Die Klebstoffschicht kann ein doppelseitiges Band sein, das aus Akrylbändern, Heißklebern, Silikonbändern und Gummibändern ausgewählt wird.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Batterieanordnung: ein Batteriemodul, das mehrere Batterieeinheiten umfasst; ein Außengehäuse zum Aufnehmen des Batteriemoduls in einem Innenraum; und einen oben beschriebenen Wärmeabführungsfilm, der zwischen den mehreren Batterieeinheiten eingesetzt ist, um jede der Batterieeinheiten eng zu berühren und um an einer Innenoberfläche des Außengehäuses befestigt zu werden.
  • Die Batterieanordnung kann ferner umfassen: einen Temperatursensor, der an wenigstens einer der Batterieeinheiten bereitgestellt ist; und eine Steuerung, welche die Leistungsversorgung an die Elektrodenschicht der Grundschicht basierend auf Temperaturerfassungsergebnissen von dem Temperatursensor steuert.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Außengehäuse einen oben beschriebenen Wärmeabführungsfilm, der an seiner Innenoberfläche befestigt ist und von den Batterieeinheiten erzeugte Wärme abgibt.
  • Das Außengehäuse kann ferner umfassen: einen Temperatursensor, der wenigstens an einer Innenoberfläche des Außengehäuses bereitgestellt ist; und eine Steuerung, welche die Leistungsversorgung an die Elektrodenschicht der Grundschicht basierend auf Temperaturerfassungsergebnissen von dem Temperatursensor steuert.
  • Details anderer Ausführungsformen werden in der detaillierten Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • Die vorstehenden und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung der folgenden Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich. Gleiche Bestandteile werden über die Beschreibung hinweg durch gleiche Bezugsnummern bezeichnet.
  • Vorteilhafte Ergebnisse
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Batterieanordnung mit Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen bereitgestellt, wobei ein Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm mit einem Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper auf ein Batteriemodul und/oder ein Außengehäuse beschichtet ist und elektrische und Wärmeleitungscharakteristiken der beschichteten Kohlenstoff-Nanoröhren maximiert sind, wodurch gleichzeitig sowohl die Wärmeabführungs- als auch die Wärmeabstrahlungsfunktion bereitgestellt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Batterieanordnung mit Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen bereitgestellt, die fähig ist, den Batteriewirkungsgrad eines Fahrzeugs selbst dann zu erhöhen, wenn das Fahrzeug im Winter anfänglich betrieben wird, und fähig ist, Wärme während des Betriebs des Fahrzeugs schnell von der Batterie zu entfernen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Batterieanordnung mit Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen bereitgestellt, welche die Heiztemperatur eines Batteriemoduls und/oder eines Außengehäuses unter Verwendung eines Temperatursensors und einer Steuerung steuert, so dass die Batterietemperatur unter einer optimalen Bedingung (0–30°C) gehalten werden kann, wodurch ein Feuer aufgrund einer Batterieüberhitzung verhindert wird.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist graphisches Diagramm, das Testergebnisse für den Entladungswirkungsgrad in Bezug auf die Umgebungstemperatur in einem Batteriemodul zeigt, das in einem Elektrofahrzeug montiert ist.
  • 2 ist perspektivische Explosionsansicht einer Batterieanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine montierte Perspektivansicht der Batterieanordnung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine Ansicht einer Stapelstruktur eines Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilms, der auf einem Batteriemodul ausgebildet ist, und eines Außengehäuses, die in 2 gezeigt sind.
  • 5 ist eine Ansicht eines beispielhaften Verfahrens zum einzelnen Steuern der Heiztemperatur des Außengehäuses unter Verwendung eines Temperatursensors und einer Steuerung.
  • 6 ist eine Ansicht eines beispielhaften Verfahrens zum Steuern der Heiztemperatur sowohl des Batteriemoduls als auch des Außengehäuses unter Verwendung des Temperatursensors und der Steuerung.
  • Beste Betriebsart
  • 1 ist ein graphisches Diagramm, das Testergebnisse des Entladungswirkungsgrads in Bezug auf die Umgebungstemperatur in einem Batteriemodul zeigt, das in einem Elektrofahrzeug montiert ist.
  • Bezug nehmend auf 1 ist zu sehen, dass der Batteriewirkungsgrad sich bei –20°C oder weniger und bei 40°C während der Entladung allmählich verschlechtert.
  • Ferner ist in Tabelle 1 zu sehen, dass der Entladungswirkungsgrad für ein 1200-Wh-Produkt bei –10°C 88% ist und bei –20°C 66% ist. Folglich reicht eine bevorzugte Temperatur von 0°C bis 30°C, um eine Batterie in einem optimalen Betriebszustand zu halten.
  • Daher stellt die vorliegende Erfindung ein Batteriemodul, ein Außengehäuse und eine Batterieanordnung mit diesen Bestandteilen bereit, die fähig sind, den Batteriewirkungsgrad eines Fahrzeugs zu erhöhen, der aufgrund der Außentemperatur verringert sein kann, wenn das Fahrzeug im Winter anfänglich arbeitet, und die fähig sind, während des Betriebs des Fahrzeugs erzeugte Wärme schnell von der Batterie zu entfernen.
  • Zu diesem Zweck werden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) in einem konstanten Muster auf ein Batteriemodul und/oder ein Außengehäuse beschichtet, und elektrische und Wärmeleitungscharakteristiken der beschichteten Kohlenstoff-Nanoröhren werden maximiert, wodurch gleichzeitig sowohl die Wärmeabführungs- als auch die Wärmeabstrahlungsfunktion bereitgestellt werden.
  • Wenngleich in einigen Ausführungsformen der Erfindung Kohlenstoff-Nanoröhren als ein Material mit Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen verwendet werden, ist es schwierig, derartige Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen nur unter Verwendung reiner Kohlenstoff-Nanoröhren bereitzustellen.
  • Folglich können die Kohlenstoff-Nanoröhren gemäß einigen Ausführungsformen mit Metall dotiert (metalldotierte CNT) sein, um die Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungscharakteristiken zu maximieren. Verfahren zum Beschichten der metalldotierten CNT auf das Batteriemodul oder das Außengehäuse umfassen Tampondrucken, Sprühbeschichten, Drucken unter Verwendung eines Übertragungsfilms und ähnliche. Gemäß einer Ausführungsform kann unter Verwendung derartiger Beschichtungsverfahren eine gleichmäßige metalldotierte CNT-Schicht auf einer 3D-Kontur ausgebildet werden.
  • Eine derartige leitende Schicht kann eine Wärmeabführungsfunktion bereitstellen, um in einem normalen Zustand Wärme von dem Batteriemodul abzuführen, und kann elektrische Energie aufnehmen, um Wärme nach Bedarf abzustrahlen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann ein CNT-Beschichtungsfilm, der sowohl eine Wärmeabführungs- als auch eine Wärmeabstrahlungsfunktion bereitstellt, zwischen Flachbatterien angeordnet sein und mit dem Batteriemodul oder dem Außengehäuse verbunden sein, um dadurch den Batteriewirkungsgrad zu maximieren.
  • Da übermäßige Wärmeabstrahlung die Explosion der Batterie bewirken kann, kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Steuerung verwendet werden, um den Batteriewirkungsgrad aufrecht zu erhalten, wodurch ein Feuer aufgrund der Wärmeabstrahlung der Batterie verhindert wird und dadurch die Sicherheit sichergestellt wird.
  • Gemäß der Ausführungsform der Erfindung wird in einer Anfangsbetriebsphase einer Heizung kein Einschaltstrom erzeugt, so dass kein übermäßiger Strom erzeugt wird und die Batterie gleichmäßig und schnell erwärmt wird, wodurch der Wärmeabstrahlungswirkungsgrad verbessert wird.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsmerkmale durch Aufbringen einer Beschichtung auf ein hochfestes Kunststoffaußengehäuse bereitstellen, welches durch Kunststoffimprägnieren von Polyphenylensulfid (PPS), Epoxid, Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyamid (PA) oder ähnlichem in Glasfasern, pechbasierten Kohlenstofffasern, Polyakrylnitril-(PAN-)basierten Kohlenstofffasern, pechbasierten Kohlenstoffkurzfasern oder pechbasierten Kurzfasern ebenso wie nichtrostenden Stahl-(SUS-) oder Al-Außengehäusen, hergestellt wird, welche im Allgemeinen verwendet werden, um Außengehäuse von Batterien auszubilden.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Batterieanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 3 ist eine montierte Perspektivansicht der Batterieanordnung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 4 ist eine Stapelstruktur eines Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilms, der auf einem Batteriemodul und einem Außengehäuse, die in 2 gezeigt sind, ausgebildet ist.
  • Zuerst Bezug auf 2 und 3 nehmend kann eine Batterieanordnung 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Batteriemodul, ein Außengehäuse 220 und einen Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm 230 umfassen.
  • Das Batteriemodul umfasst mehrere Batterieeinheiten 210. Jede der Batterieeinheiten 210 umfasst eine Anode 212, die als eine positive Elektrode dient, und eine Kathode 214, die als eine negative Elektrode dient. Der Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm 230 ist in einer engen kompakten Weise zwischen den Batterieeinheiten 210 eingefügt. Details des Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilms 230 werden nachstehend unter Bezug auf 4 beschrieben.
  • Das Außengehäuse 220 nimmt die mehreren Batterieeinheiten 210 darin auf. Das heißt, das Außengehäuse 220 dient als eine Abdeckung für die mehreren Batterieeinheiten 210. Der Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm 230 kann auch an einer Innenoberfläche des Außengehäuses 220 befestigt sein.
  • Wenngleich der Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm 230 in dieser Ausführungsform als zwischen den mehreren Batterieeinheiten 210 und auf der Innenoberfläche des Außengehäuses 220 ausgebildet beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Folglich können verschiedene Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilme 230 nur zwischen den Batterieeinheiten 210 ausgebildet werden, oder andernfalls kann der Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm 230 nur auf der Innenoberfläche des Außengehäuses 220 ausgebildet werden.
  • Der Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm 230 kann einen Wärmeabführungsfilm, der Wärme von den mehreren Batterieeinheiten 210 abführt, und einen Wärmeabstrahlungsfilm, der nach Aufnehmen von Leistung Wärme abstrahlt, umfassen.
  • Der Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm 230 wird unter Bezug auf 4 detaillierter beschrieben. Als Referenz zeigt 4 eine Stapelstruktur des Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilms 230 von 1.
  • Wie in 4 gezeigt, kann der Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm 230 eine erste Wärmeabführungsschicht 410, eine Grundschicht 420, eine Elektrodenschicht 430, einen Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper 440, eine Grundschicht 450, eine Klebstoffschicht 460 und eine zweite Wärmeabführungsschicht 470 umfassen.
  • Die erste Wärmeabführungsschicht 410 ist nicht nur auf jeder der Oberflächen der Batterieeinheiten 210, sondern auch auf der Innenoberfläche des Außengehäuses 220 ausgebildet. Die erste Wärmeabführungsschicht 410 kann aus einem wärmeleitenden Material, wie etwa Al, Cu oder ähnlichem ausgebildet sein, um Wärme von den Batterieeinheiten abzuführen.
  • Die Isolierschicht 420 ist auf der ersten Wärmeabführungsschicht 410 ausgebildet. Die Isolierschicht 420 ist zwischen der Wärmeabführungsschicht 410 und der Elektrodenschicht 430 eingesetzt, um die erste Wärmeabführungsschicht 410 und die Elektrodenschicht 430 gegeneinander zu isolieren, während die Klebung zwischen ihnen ermöglicht wird.
  • Zu diesem Zweck kann die Isolierschicht 420 durch einen doppelseitigen Klebstofffilm, der aus Klebstoffen, wie etwa Akrylklebstoffen, Heißklebern, Silikonklebstoffen, Gummiklebstoffen und ähnlichem zusammengesetzt ist, realisiert werden.
  • Die Elektrodenschicht 430 ist auf der Isolierschicht 420 ausgebildet. Wie vorstehend beschrieben, ist die Elektrodenschicht 430 an der Isolierschicht 420 befestigt. Die Elektrodenschicht 430 kann aus einem elektrisch leitenden Material, wie etwa Ag, Cu, Au, Al oder ähnlichem, ausgebildet sein.
  • Eine derartige Elektrodenschicht 430 kann mit der Anode (positive Elektrode) und der Kathode (negative Elektrode) jeder der Batterieeinheiten 210 elektrisch verbunden sein, um dem Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper 440 eine Wärmeabstrahlungsfunktion zu verleihen.
  • Der Kohlenstoff-Nanoröhren-(CNT-)Heizungskörper 440 ist auf der Elektrodenschicht 430 ausgebildet. Der Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper 440 kann durch Dotieren von Metall auf der Kohlenstoff-Nanoröhren-Oberfläche ausgebildet werden.
  • Wenngleich Kohlenstoff-Nanoröhren dafür bekannt sind, dass sie hervorragende elektrische und wärmeleitende Charakteristiken haben, kann es aufgrund der Abgabefähigkeit und des erhöhten Kontaktwiderstands der Kohlenstoff-Nanoröhren in einem konturierten 3D-Produkt ein Problem der Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit geben, wenn die Kohlenstoff-Nanoröhren als Beschichtungspasten verwendet werden.
  • Folglich werden in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung metalldotierte Kohlenstoff-Nanoröhren anstelle von reinen Kohlenstoff-Nanoröhren verwendet, um Wirkungen zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit bereitzustellen.
  • Wenn die Kohlenstoff-Nanoröhren mit Metall beschichtet sind, werden Infrarot-(IR-)Wellenlängen von dem Metall reflektiert, und Wärmeabführungscharakteristiken werden verbessert, wodurch der Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper auch geeignet als ein wärmeabführendes Beschichtungsmaterial verwendet werden kann.
  • Hier kann das Metall wenigstens eines umfassen, das aus Ag, Cu, Ni, Au, Pt und Pd ausgewählt wird.
  • Die Grundschicht 450 ist auf dem Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper 440 ausgebildet. Die Grundschicht 450 kann aus wenigstens einem Material ausgebildet werden, das ausgewählt wird aus biaxial orientiertem Polyester (BOPET), Polyethylenterephthalat (PET), orientiertem Polystyren (OPS), orientiertem Polypropylen (OPP), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethersulfon (PES), Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (PI) und Polyetherimid (PEI).
  • Die Klebstoffschicht 460 ist auf der Grundschicht 450 ausgebildet. Die Klebstoffschicht 460 dient dazu, die Grundschicht 450 und die erste Wärmeabführungsschicht 470 aneinander zu befestigen. Zu diesem Zweck kann die Klebstoffschicht 460 durch ein doppelseitiges Band realisiert werden, das aus wenigstens einem der folgenden besteht: Akrylbändern, Heißklebebändern, Silikonbändern und Gummibändern.
  • Die zweite Wärmeabführungsschicht 470 ist auf der Klebstoffschicht 460 ausgebildet. Die zweite Wärmeabführungsschicht 470 dient dazu, Wärme von den Batterieeinheiten abzuführen. Zu diesem Zweck kann die zweite Wärmeabführungsschicht 470 aus einem wärmeleitenden Material, wie etwa Al, Cu oder ähnlichem, gefertigt sein.
  • Als Referenz entsprechen die ersten und zweiten Wärmeabführungsschichten 410, 470 und die Klebstoffschicht 460 dem Wärmeabführungsfilm, und die Isolierschicht 420, die Elektrodenschicht 430, der Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper 440 und die Grundschicht 450 entsprechen dem Wärmeabstrahlungsfilm.
  • Nun wird ein Verfahren zur Herstellung des Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilms beschrieben.
  • Zuerst werden die Elektrodenschicht 430 und der Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper 440 auf eine Seite der Grundschicht 450 gedruckt.
  • Als nächstes wird die erste Wärmeabführungsschicht 410 unter der Elektrodenschicht 430 angeordnet, die Isolierschicht 420 wird zwischen der ersten Wärmeabführungsschicht und der Elektrodenschicht angeordnet, und die Grundschicht 450, auf die die Elektrodenschicht und der Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper 440 gedruckt sind, wird an der ersten Wärmeabführungsschicht 410 befestigt.
  • Dann wird die zweite Wärmeabführungsschicht 470 auf der anderen Seite der Grundschicht 450 angeordnet, die Klebstoffschicht 460 wird zwischen der Grundschicht und der zweiten Wärmeabführungsschicht angeordnet, und die Grundschicht 450, die an der ersten Wärmeabführungsschicht 410 befestigt ist, wird an der zweiten Wärmeabführungsschicht 470 befestigt.
  • Der Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm 230 kann durch dieses Verfahren hergestellt werden. Der Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm 230 kann durch Tampondrucken, Sprühbeschichten, Drucken unter Verwendung eines Übertragungsfilms und ähnliche auf die Batterieeinheiten 210 und das Außengehäuse 220 beschichtet werden.
  • Die Batterieanordnung 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann ferner einen Temperatursensor 240 und eine Steuerung (640 in 6) umfassen.
  • Der Temperatursensor 240 kann an wenigstens einer der Batterieeinheiten 210 bereitgestellt werden, um die Temperatur der Batterieeinheit 210 zu erfassen. In dieser Ausführungsform kann der Temperatursensor 240 ein Sensor mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) sein.
  • Die Steuerung steuert die Leistungsversorgung an die Elektrodenschicht 430 basierend auf Temperaturerfassungsergebnissen des Temperatursensors 240. Folglich kann die Steuerung zulassen, dass die Batterieeinheit 210 eine optimale Temperaturbedingung aufrecht erhält, die von 0 bis 30 Grad reicht. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Steuerung eine elektronische Steuergerät-(ESG-)Steuerung eines Fahrzeugs (insbesondere eines Elektrofahrzeugs) sein.
  • Nun wird das Verfahren zum Steuern der von dem Außengehäuse oder dem Batteriemodul abgestrahlten Wärme unter Verwendung des Temperatursensors und der Steuerung unter Bezug auf 5 und 6 beschrieben.
  • 5 ist eine Ansicht eines beispielhaften Verfahrens zum einzelnen Steuern der Heiztemperatur des Außengehäuses unter Verwendung eines Temperatursensors und einer Steuerung, und 6 ist eine Ansicht eines beispielhaften Verfahrens zum Steuern der Heiztemperatur sowohl des Batteriemoduls als auch den Außengehäuses unter Verwendung des Temperatursensors und der Steuerung.
  • Wie in 5 gezeigt, ist der Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm auf die Innenoberfläche eines Außengehäuses 510 beschichtet, und ein NTC-Sensor 520 (Temperatursensor) ist an dem Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm befestigt. Der NTC-Sensor 520 erfasst die Temperatur von Wärme, die von dem Außengehäuse 510 abgestrahlt wird, und sendet das Erfassungsergebnis (die Temperatur) an die ESG-Steuerung 530.
  • Die ESG-Steuerung 530 reguliert die Leistungsversorgung an den Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm einer Batterie 540 basierend auf der erfassten Temperatur, wodurch eine geeignete Temperatur des Außengehäuses 510 aufrecht erhalten wird.
  • Als nächstes ist, wie in 6 gezeigt, ein Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm auf ein Batteriemodul 610 beschichtet, und ein NTC-Sensor 620 (Temperatursensor) ist an dem Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm befestigt. Der NTC-Sensor 620 erfasst die Temperatur von Wärme, die von dem Batteriemodul 610 abgestrahlt wird und sendet das Erfassungsergebnis (die Temperatur) an die ESG-Steuerung 640.
  • Die ESG-Steuerung 640 reguliert die Leistungsversorgung an eine Batterie 650 basierend auf der erfassten Temperatur, wodurch die Leistungsversorgung an den Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfilm gesteuert wird, der in das Batteriemodul 610 und das Außengehäuse 630 eingesetzt oder auf diese beschichtet ist. Als ein Ergebnis kann die ESG-Steuerung 640 die Temperatur des Batteriemoduls 610 und des Außengehäuses 630 aufrecht erhalten, so dass sie unter optimalen Bedingungen (0–30°C) sind.
  • Gemäß der Ausführungsform ist ein Wärmeabstrahlungsfilm mit einem Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper (metalldotierte Kohlenstoff-Nanoröhren) auf ein Batteriemodul und/oder ein Außengehäuse beschichtet, und die elektrischen und Wärmeleitungscharakteristiken der beschichteten Kohlenstoff-Nanoröhren sind maximiert, wodurch gleichzeitig sowohl Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen bereitgestellt werden.
  • Gemäß der Ausführungsform ist es möglich, den Batteriewirkungsgrad eines Fahrzeugs zu erhöhen, der aufgrund der Außentemperatur verringert ist, wenn das Fahrzeug im Winter anfänglich betrieben wird, und während des Betriebs des Fahrzeugs eine schnelle Entfernung von Wärme von der Batterie zu erreichen.
  • Gemäß der Ausführungsform wird die Heiztemperatur eines Batteriemoduls und/oder eines Außengehäuses unter Verwendung eines Temperatursensors und einer Steuerung gesteuert, so dass die Batterietemperatur unter einer optimalen Bedingung (0–30°C) gehalten werden kann, wodurch ein Feuer aufgrund einer Batterieüberhitzung verhindert wird.
  • Beispiele für Wärmeabführungsergebnisse des Wärmeabführungsfilms
  • Beispiel 1
  • Ein Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper und eine Ag-Elektrodenschicht wurden auf eine Grundschicht gedruckt, die aus biaxial orientiertem Polyethylenterephthalat (BOPET) bestand. Der Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper wurde durch Dotieren von Ag auf die Oberflächen der Kohlenstoff-Nanoröhren ausgebildet. Als nächstes wurde mit einer ersten Wärmeabführungsschicht, die unter der Elektrodenschicht angeordnet war, eine Isolierschicht, die aus Akrylklebstoff bestand, dazwischen eingefügt, und die Grundschicht, auf welche die Elektrodenschicht und der Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper gedruckt waren, wurde an der ersten Wärmeabführungsschicht befestigt.
  • Als nächstes wurde mit einer zweiten Wärmeabführungsschicht, die auf der anderen Seite der Grundschicht angeordnet war, eine Silikonklebstoffschicht dazwischen eingefügt, und die an die erste Wärmeabführungsschicht geklebte Grundschicht wurde an der zweiten Wärmeabführungsschicht befestigt.
  • Beispiel 2
  • Ein Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper wurde auf eine Grundschicht gedruckt, die aus biaxial orientiertem Polyethylenterephthalat (BOPET) bestand. Der gedruckte Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper wurde mit einer Cu-Elektrodenschicht beschichtet. Der Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper wurde durch Dotieren von Cu auf die Oberflächen der Kohlenstoff-Nanoröhren ausgebildet. Als nächstes wurde mit einer ersten Wärmeabführungsschicht, die unter der Elektrodenschicht angeordnet war, eine Isolierschicht, die aus Akrylklebstoff bestand, dazwischen eingefügt, und die Grundschicht, auf welche der Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper gedruckt war, wurde an der ersten Wärmeabführungsschicht befestigt.
  • Als nächstes wurde mit einer zweiten Wärmeabführungsschicht, die auf der anderen Seite der Grundschicht angeordnet war, eine Silikonklebstoffschicht dazwischen eingefügt, und die an die erste Wärmeabführungsschicht geklebte Grundschicht wurde an der zweiten Wärmeabführungsschicht befestigt.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Eine Probe wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass kein Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper darin enthalten war.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Eine Probe wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass anstelle der Ag-dotierten Kohlenstoff-Nanoröhren reine Kohlenstoff-Nanoröhren verwendet wurden.
  • Die Wärmeabführungsergebnisse durch die Wärmeabführungsfilme der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurden in einer derartigen Weise gemessen, dass Proben an einer 2 mm dicken A5052-Al-Platte, die auf einer flachen Gleichstromheizung angeordnet war, unter Verwendung eines hoch wärmeleitfähigen Klebstoffharzes (3,6 W/mK) befestigt und auf eine gewisse Temperatur erwärmt wurden, und anschließend, nachdem die Heizung ausgeschaltet wurde, wurde die Oberflächentemperatur in gewissen Zeitintervallen unter Verwendung eines K-Thermoelements gemessen. Als ein Ergebnis hatte ein Abschnitt außer den Abschnitten, an denen der Wärmeabführungsfilm befestigt war, eine konstante Temperatur, und die Abschnitte, an denen der Wärmeabführungsfilm befestigt war, hatten verschiedene Temperaturverringerungsraten gemäß den Wärmeabführungsergebnissen der Wärmabführungsfilme.
  • Die Temperaturmessergebnisse der Wärmeabführungsfilme der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
    Zeit Beispiel 1 (ºC) Beispiel 2 (ºC) Vergleichsbeispiel 1 (ºC) Vergleichsbeispiel 2 (ºC)
    1 0 80,0 80,0 80,0 80,0
    2 Nach 3 Min 77,8 78,0 79,0 79,1
    3 Nach 6 Min 75,7 76,0 77,3 78,3
    4 Nach 9 Min 73,7 73,8 75,4 76,4
    5 Nach 12 Min 71,4 71,4 74,8 75,1
    6 Nach 15 Min 69,2 69,2 73,2 74,8
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, war zu sehen, dass die Beispiele 1 und 2 eine viel größere Temperaturverringerung als die Vergleichsbeispiele 1 und 2, die keinen Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper enthielten, zeigten. Das heißt, es war zu sehen, dass durch das Bereitstellen des Wärmeabstrahlungsfilms mit dem Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper eine beträchtliche Temperaturverringerung eines Wärmeabstrahlungsprodukts erhalten wurde. Als ein Ergebnis zeigt der Wärmeabführungsfilm gemäß der vorliegenden Erfindung klar eine weit überlegene Wärmeleitfähigkeit.

Claims (11)

  1. Wärmeabführungsfilm, der aufweist: erste und zweite Wärmeabführungsschichten (410, 470), die aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet sind und Wärme von Batterieeinheiten (210) abgeben; eine Klebstoffschicht (460), die zwischen den ersten und zweiten Wärmeabführungsschichten (410, 470) ausgebildet ist, um die ersten und zweiten Wärmeabführungsschichten (410, 470) aneinander zu befestigen; und einen Wärmeabstrahlungsfilm (420, 430, 440, 450), der zwischen der ersten Wärmeabführungsschicht (410) und der Klebstoffschicht (460) ausgebildet ist, wobei der Wärmeabstrahlungsfilm umfasst: eine Grundschicht (450), auf die eine Elektrodenschicht (430) und ein Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper (440) gedruckt sind; und eine zwischen der Elektrodenschicht (430) der Grundschicht (450) und der ersten Wärmeabführungsschicht (410) ausgebildete Isolierschicht (420), um die Grundschicht (450) an der ersten Wärmeabführungsschicht (410) zu befestigen, während die Elektrodenschicht (430) und die erste Wärmeabführungsschicht (410) gegeneinander isoliert werden.
  2. Wärmeabführungsfilm nach Anspruch 1, wobei der Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper (440) durch Dotieren von wenigstens einem Metall, das aus Ag, Cu, Ni, Au, Pt und Pd ausgewählt wird, auf Oberflächen der Kohlenstoff-Nanoröhren ausgebildet wird.
  3. Wärmeabführungsfilm nach Anspruch 1, wobei die Isolierschicht (420) ein doppelseitiger Klebstofffilm ist, der aus einem Klebstoff ausgebildet ist, der aus Akrylklebstoffen; Heißklebern, Silikonklebstoffen und Gummiklebstoffen ausgewählt ist.
  4. Wärmeabführungsfilm nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenschicht (430) der Grundschicht (450) sowohl mit einer Anode (212) als auch einer Kathode (214) jeder der Batterieeinheiten (210) elektrisch verbunden ist, um eine Wärmeabstrahlungsfunktion an den Kohlenstoff-Nanoröhren-Heizungskörper (440) bereitzustellen.
  5. Wärmeabführungsfilm nach Anspruch 1, wobei die Grundschicht (450) aus wenigstens einem Material ausgebildet ist, das ausgewählt wird aus: biaxial orientiertem Polyester (BOPET), Polyethylenterephthalat (PET), orientiertem Polystyren (OPS), orientiertem Polypropylen (OPP), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethersulfon (PES), Polyphenylensulfid (PPS), Polyimid (PI) und Polyetherimid (PEI).
  6. Wärmeabführungsfilm nach Anspruch 1, wobei die Klebstoffschicht (460) ein doppelseitiges Band, das aus Akrylbändern, Heißkleberbändern, Silikonbändern und Gummibändern ausgewählt wird, ist.
  7. Batterieanordnung mit Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen, die aufweist: ein Batteriemodul (610), das mehrere Batterieeinheiten (210) umfasst; ein Außengehäuse (220) zum Aufnehmen des Batteriemoduls (610) in einem Innenraum; und einen Wärmeabführungsfilm (230) nach Anspruch 1, der zwischen den mehreren Batterieeinheiten (210) eingesetzt ist, um jede der Batterieeinheiten (210) eng zu berühren und um an einer Innenoberfläche des Außengehäuses (220) befestigt zu werden.
  8. Batterieanordnung nach Anspruch 7, die ferner aufweist: einen Temperatursensor (240), der an wenigstens einer der Batterieeinheiten (210) bereitgestellt ist; und eine Steuerung (530; 640), welche die Leistungsversorgung der Elektrodenschicht (430) der Grundschicht (450) basierend auf Temperaturerfassungsergebnissen von dem Temperatursensor (240) steuert.
  9. Batteriemodul mit Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen, das aufweist: mehrere Batterieeinheiten (210); und einen Wärmeabführungsfilm (230) nach Anspruch 1, der zwischen den mehreren Batterieeinheiten (210) eingesetzt ist, um jede der Batterieeinheiten (210) eng zu berühren.
  10. Außengehäuse mit Wärmeabführungs- und Wärmeabstrahlungsfunktionen, das ein Batteriemodul (610) mit Batterieeinheiten (210) in seinem Innenraum aufnimmt, wobei ein Wärmeabführungsfilm (230) nach Anspruch 1 an seiner Innenoberfläche befestigt ist und von den Batterieeinheiten (210) erzeugte Wärme abgibt.
  11. Außengehäuse nach Anspruch 10, das ferner aufweist: einen Temperatursensor (520; 620), der wenigstens an einer Innenoberfläche des Außengehäuses (510; 630) bereitgestellt ist; und eine Steuerung (530; 640), welche die Leistungsversorgung an die Elektrodenschicht (430) der Grundschicht (450) basierend auf Temperaturerfassungsergebnissen von dem Temperatursensor (520; 620) steuert.
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